xx联络通道施工方案

'一、工程概况Xxxxxxxx中和村站～元通站区间，区间地貌单元属长江漫滩，场地地层呈二元结构，上部以淤泥质粉质粘土为主，下部以粉土、粉细砂为主，区间隧道主要穿越地层为流塑淤泥质粉质粘土（②～2b4）、（②～3b3-4）和粉细砂层（②～3d2-3，中密，局部稍密），局部穿越粉土（②～3c2-3，稍密，局部中密）。隧道内径5.5m，管片厚度0.35m，管片宽度1.2m，管片混凝土为C50，抗渗为S10，接缝处设置EDPM框形密封垫及聚合物嵌缝两道防水措施。右线长度为1431.81m，左线长度为1453.491m。在右线K3+530（左线K3+537）设1#联络通道，线间距为16.2m，穿越地层为淤泥质粉质粘土（②～3b3-4），土层含水率约为36.5%，空隙比为1.1，粘聚力为16.2kpa，内摩擦角为28.6°，垂直渗透系数为5.73×10-7cm/s,水平渗透系数为7.09×10-7cm/s；左右线隧道中心高程为-14.005，地表高程为6.10，隧道埋深17.4m；在右线K3+934.433(左线K3+954.376)设2#联络通道兼泵站，线间距为12.0m， 穿越地层为粉细砂（②～3d2-3，中密，局部稍密），土层含水率约为28.4%，空隙比为0.83，粘聚力为8.5kpa，内摩擦角为38°，垂直渗透系数为9.18×10-7cm/s,水平渗透系数为1.09×10-4cm/s；左右线隧道中心高程为-17.823，地表高程为7.94，隧道埋深23m。均采用冷冻法加固地层后矿山法施工，冻土帷幕厚度不小于2m，强度不小于4Mpa，1#联络通道设计加固地层体积约为2100ｍ3，2#联络通道设计加固地层体积约为2100ｍ3。二、冻结法施工联络通道工艺简介     在隧道内利用近水平管和部分倾斜管冻结加固地层,使联络通道外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕(图1为联络通道及泵站冻结方案示意图)。然后,在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖和构筑施工,地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。      水平地层加固和开挖构筑的主要施工工艺及顺序如下:三、冻结帷幕方案设计1、设计原则     冻结帷幕方案设计的基本原则是:①冻结帷幕方案设计必须满足联络通道施工的安全和质量要求,即保证冻土帷幕有足够的强度,冻结帷幕水平孔(斜孔)布设合理,满足施工及规范要求,在设计中应重点考虑联络通道顶部薄弱部位。② 冻结帷幕水平孔(斜孔)冻结方案应结合现场实际情况,便于隧道开挖和支护,施工安全、可靠,施工费用低,施工工期短。③设计应考虑对冻胀、融沉的防范措施。2、冻结帷幕厚度设计根据在部分地铁工程联络通道冻结施工经验计算式:ｔ=Ａｌｎ(ｒ/Ｅ)式中　ｒ———计算点到冻结管距离,ｍ;　  Ｅ———冻结帷幕外侧厚度,ｍ;　  Ａ———经验参数,取Ａ=1969;　  Ｔ———计算点冻结帷幕温度,℃。冻结帷幕内侧厚度Ｅ′=1.4Ｅ,冻结帷幕平均厚度1.4ｍ。3、冻结帷幕交圈时间计算冻结前,同一深度的地层具有相同的原始温度,冻结开始后,通过冻结管把冷量传给地层,在冻结管周围产生降温区,形成以冻结管为中心的冻结圆柱,并逐渐到相邻的冻结圆柱连接形成封闭的冻结圆筒,形成冷冻结层,即为冻结帷幕交圈。 冻结帷幕交圈时间主要与冻结孔间距、盐水温度、土层性质、冻结管直径、地层原始温度、以及冻结器环形空间内盐水运动状态等因素有关。冻结帷幕交圈时间计算公式为:5、冻结孔布置    根据冻结帷幕设计及联络通道的结构,冻结孔沿通道四周布置,按上仰、近水平、下俯三种角度布置。冻结孔采用上下各三排,左右各一排布置,冻结孔共设77个,开孔间距为0.5～1.2ｍ,利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层,使联络通道及集水井外围土体冻结,形成强度高,封闭性好的冻土帷幕。     在现场实际操作中,可根据钻机情况、管片配筋情况和联络通道拟开管片的实际位置等,对钻孔孔位作少量调整,但最大间距不得大于1.0ｍ。6、制冷设计冻结参数确定     1)设计盐水温度为-28℃-30℃。     2)积极冻结时间为30ｄ,维护冻结时间为35ｄ。     3)测温孔和卸压孔分别为8个和4个。     4)冻结管总长度为785ｍ。需冷量和冷冻机选取型冻结需冷量:Ｑ=12·ｄ·Ｈ·Ｋ式中Ｈ———冻结总长度,ｍ;　        ｄ———冻线管直径,ｍ;　         Ｋ———冻结管散热系数,ｋｃａｌ/ｍ2·ｈ。    将上述参数代入公式得Ｑ=65813ｋｃａｌ/ｈ,考虑到其它因素设计工况制冷量为87500ｋｃａｌ/ｈ。 四、施工工序1、开孔钻进施工开孔前在布孔范围内打若干小孔，探测地层稳定情况，若发现砂层，立即进行双液注浆，以提高孔口附近土体稳定性，然后进行开孔，采用双层特殊孔口管(见图2)。在冻结管跟进钻进中采用强力水平钻机，钻杆角度严格按照施工组织设计图进行，确保冻结范围，关键是在隧道内钻孔时解决好漏水漏沙问题，防止水土流失。图2 孔口管示意图   2、冻结系统安装   选用W-YSLGF30011冷冻机组，在安装系统时尽量缩短冷冻管长度，使冻结能量尽量少损失。在系统安装完成后，先检查冻结管的密封情况，出现渗漏立即补救，检渗完成后，安装保温层，并在上下行线安装冻结板，此时可以进行冻结。  3、积极冻结 注意每天溶液温度变化和气温变化(见图3)，一般前7天温度下降明显，由大气温度降至-20℃。在-20℃度左右会有一段时间温度会小幅波动，这时外侧土体已经开始冻结并慢慢扩散(这时对泄压孔进行观察会发现水压会上下波动，读数一般在0．1MPa左右，在开挖前达到0．3MPa，开挖前必须泄压)。这一阶段7～8天，以后温度每天下降0．5℃～1．5℃，到-30℃左右基本稳定，冻结到第45天后可以进行开挖前准备工作。    图3 温度变化曲线   4、开挖构筑联络通道分上下两层，上层为通道，下层为集水井，开挖构筑流程：开挖通道一挂网喷射混凝土一防水层布设一通道钢筋混凝土浇筑一开挖集水井一挂网喷射混凝土一防水层布设一集水井钢筋混凝土浇筑。开挖通道时冷冻处于围护冻结状态，冷冻机正常运行，开挖集水井时冷冻机停止。    (1)开挖前对泄压孔水压力进行释放，对测温孔温度进行收集汇总，并开孔实测温度，数量不得少于4处(正面2处，背面2处)，两侧都要开孔实测。   (2)拆除钢管片后，开挖断面中心有土体流出形成一0．5m*0．3m深度为0．8m的孔洞，开挖时对冻土进行回弹实验，冻土强度最大1．5MPa，实际测量冻土层至冻结管距离1．1m，推算冻土帷幕实际厚度2．2m(大于根据温度推算的1．82m)。开挖步距50cm，支撑30～50cm，注意及时支撑，并预留板后注浆管。   (3)挖通后挂网喷射混凝土必须要求表面平整、密实，为防水层施工做好基础。   (4)拱顶混凝土浇筑，通道顶混凝土浇筑采用模板逐步延伸连续浇筑，但要保证拱定部位混凝土密实性难度较大。   (5)上下层混凝土浇筑施工缝处理，必须预留水平环形水膨胀橡胶圈(腻子)或预埋注浆管。   5、停止冻结   一般在开挖集水井时由于许多冻结管在开挖范围内，因此需要停止冻结，由于冻土的蠕变性较好，冻土帏幕破坏前会出现较大蠕变过程，因此结合监测数据 观察冻土变形能够判定冻土是否安全。  6、注浆由于冷冻法施工土体受冻会膨胀，在融化中会沉降，注浆要及时，一般在拱顶部位放设三根注浆管(两头加中间)，两侧墙身各一根，集水井底板放置一根。注浆管分板后注浆及壁后注浆两种，板后注浆管要在冻土融化前进行，填充冻土到支撑模板的空隙，从而控制土体沉降，而壁后注浆管应在混凝土强度达到85％以上进行，填充拱顶混凝土与模板间的空隙。五、施工难点1、水平冻结孔施工技术     (1)采用二次开孔工艺,以防钻透管片时大量出泥出水。一次开孔采用金刚石取心钻在管片上钻进300ｍｍ深左右,不钻透管片。一次开孔钻进完毕,下入孔口管并安装阀门,接着进行二次开孔钻进,直至钻透管片，管片钻透后,立即退出开孔钻头,关闭阀门。     (2)用夯管法下冻结管,在钻进时安装类似轴封的孔口止水装置。      (3)下完冻结管后,对冻结管与孔口管及套管间的间隙和孔口附近地层进行注浆充填。     (4)下泄压管(滤水管)时，在泄压管内装满三合土,以防夯进泄压管时出水，影响施工。2、地层冻胀和融沉控制技术     (1)在冻结壁内未冻土中设泄压孔，通过放水、排泥来减小冻结壁内的水土压力，泄压孔采用Φ140ｍｍ的钻孔。泄压孔滤管不包纱网，以便在冻胀引起地层压缩时,可从泄压孔泄水或排除部分土体，施工中根据地层变形监测结果和泄压孔中的水压变化情况进行泄压。     (2)根据监测结果,合理调整冻结孔的供冷量。在特殊情况下,还可通过在加热孔中循环热水来迅速提高冻结壁温度,使冻结壁软化,从而减小冻胀力。     (3)合理安排冻结顺序,减小冻胀引起的地层变形。     (4)对冻结过程中隧道结构的变形或受力变化情况进行监测,分析冻结施工对隧道 结构的最终影响,为调整冻结施工参数提供依据。通过调整盐水流量和盐水温度来控制冻结壁厚度,使其保持在设计值左右。     (5)由于冻结壁解冻时有少量收缩,从而使地层产生融沉,可能给上部建筑及管线带来不良影响。为此,施工时在隧道衬砌上预留注浆管,在冻结壁化冻过程中进行注浆,以补偿地层融沉。     (6)停冻后采取强制化冻措施,以尽快化冻，恢复穿越段附近地层的水土压力，缩短融沉补偿注浆工期。六、开挖条件判断判断冷冻法是否达到开挖要求是冷冻法的关键，在打开钢管片之前需要满足以下条件；1、盐水温度在-26℃以下的时间超过30天，盐水去、回路的温度差小于1℃。2、测温孔孔内的温度小于0℃（在联络通道开挖范围个别测点可以大于0℃，但不大于5℃）。3、探孔无流沙现象，个别孔可以有滴水，但水流不能成现状。 4、泻压孔内的压力从冻结开始时的水土压力缓慢升高到一定值后又缓慢降低，最后降至0，打开泻压孔没有明显的水沙流出。七、施工措施1、冻土帷幕强度问题冻土帷幕的关键点在其拱部,在联络通道顶部设三排冻结孔,以加大冻土帷幕拱部厚度,并使联络通道顶部的一排冻结孔穿越对面隧道顶部管片,确保冻土帷幕拱部与隧道管片间有足够大的接触面积;为了确保冻土帷幕强度和稳定性,在具体结构设计时,选择比较安全的平面弹性计算模型,适当加大安全系数,并用三维有限单元计算进行校核,在工艺设计时,取较大的备用系数,即实际加固范围要比结构设计大。2、冻土帷幕与隧道管片间的密封 根据地铁联络通道和隧道出洞地层冻结施工经验,由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多,会严重影响隧道管片附近土层的冻结速度和冻结强度,从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。为此,设计及施工过程中,采用在对面隧道管片内侧敷设冷管和保温层等措施,以确保冻土帷幕不存在影响安全的薄弱环节。3、冻结孔施工安全与孔口密封用金刚石取芯钻开孔,跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前,在布孔范围内打若干小口径钻孔,探测地层稳定情况。如发现砂层,先进行水泥-水玻璃双液壁后注浆,以提高孔口附近地层的稳定性,然后再钻进冻结孔。冻结施工结束后,孔口管管口焊上钢板,以免工程结束后钻孔孔口漏水。4、冻结过程检测与控制在冻土帷幕内布置测温孔和压力释放与观测孔,以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈。对侧隧道管片附近土层的冻结情况将成为控制整个冻土帷幕安全的关键,为此,在对侧隧道管片上沿冻土帷幕四周安装测温孔,以全面监测冻土帷幕的形成过程,当泄压孔波动较大,冻结温度停止在某个区域范围内,应加强检测,以确定帷幕是否交圈。冻结孔施工质量的检验与控制方法见表1,冻结系统运转与冻土墙壁形成质量检验方法见表2。 5、通道开挖工程中的冻土帷幕安全监控 由于冻土的蠕变性很好,冻土帷幕在破坏前必然有一个较大的蠕变过程,可以通过检查开挖过程中的冻土帷幕变形情况判断其安全性。为此,在开挖过程中必须及时进行冻土帷幕变形和温度观测,如遇冻土帷幕有明显变形,立即用钢支架背板支撑,调整开挖构筑工艺,并同时加强冻结,或在薄弱处冻土帷幕表面,喷洒低温氮气。八、风险控制1、风险点设立     南京河西土层土质复杂,地质资料难以完全反映施工区域地质情况,冻结帷幕质量和效果尚处于半定量推算，冻结帷幕的失败会导致整个区间连续性破坏的后果，冻结法联络通道施工是区间隧道单位工程中最大的风险点。2、风险分析2.1风险源     1)冻结区地层存在暗泉水流,使冻结帷幕难以紧密闭合。     2)钻孔遇有承压水的流沙土地层,如不安装防喷装置,将引起大量冒沙。      3)冻结管盐水泄漏,造成冻土软化。     4)冻结管长度、角度误差超标,使冻结状况存在薄弱处。     5)开挖后,如制冷机电设备故障排除不及时,会削弱冻结帷幕强度。     6)对开挖过程中土体异常迹象不能及时发现和分析。2.2风险强度     在河西软土地层条件下,冻结帷幕一旦失稳,发生地下水或流沙穿漏,冻土强度会发生扩散性下降,导致隧道管片发生连续性破坏,造成极大的工程事故,风险强度十分高。3、风险控制对策3.1对施工环境调查和布点监测联络通道开始钻孔、布管前,掌握作业场地中心30~40m范围的地表、地下管线和建筑物沉降数据情况,布设好地表、地下管线、建筑物沉降测控网、隧道内沉降点收敛的监测点。3.2施工设备检查      施工前对制冷设备、钻孔设备、各类管道管线等进行严格检查。在开始制冷前应进行试运转,检查设备状况和管道耐压情况等,并有检查记录。3.3冻结帷幕形成过程中的检查     1)钢管片接缝焊接在钻孔前完成。焊接应对称地进行,严禁同一环缝一圈焊成而造成应力积累。     2)检查隧道预应力支架应有足够的刚度。3)钻孔前应将作业区域地层的情况在施工班组内作好详细的交底。对流沙土层、承压水地层等地质情况,事先要有相应的施工准备。     4)钻孔中严格按照施工组织中的防泥水流失措施进行施工,遇漏泥漏沙应及时封堵。     5)冻结管的施工应严格按照标定位置钻孔。复测偏差应不大于1%,并且最大管间距离不大于1m。     6)钢管焊接应保证密封性能。下管前要严格检查,确保冻结管耐压性能(压力控制在0.8MPa稳定30min不变)和冻结帷幕均匀。     7)制冷机电设备经维护保养调试合格后方能投入使用。各个仪表反应正确灵敏。有关的管路连接整齐,分组编号明了。      8)积极冻结过程中,要每日观察土体温度下降情况和卸压表的变化等情况。及时预测冻结发展情况,对异常情况及时分析排除。     9)在确保冻结帷幕稳定性为前提下维持冻结,随时观察盐水温度(不应高于-24℃)和流量。3.4开挖前对冻结帷幕达到开挖要求的确定     1)根据经验定性分析,一般经过35~40d的积极冷冻过程,冻结帷幕能达到开挖要求。     2)根据测温数据半定量推算土体冻结发展速度和帷幕厚度。(1)算出冻结管和各测温孔达到0℃时的冻结平均发展速度VV=L/D                  (1)     式中:V为测温孔达到0℃时由冻结管至测温孔的冻结平均发展速度,mm/d;L为测温孔中心至冻结管中心的距离,mm;D为积极冷冻开始至测温孔达到0℃时的天数,d。 (2)分析、排除不正常情况后,取冻结平均发展速度!的参考值。推算出鞍山路站—江浦路站联络通道达到冻结厚度(边界温度为0℃)的天数n(估算结果见表1)。n=Lw/V1              (2)式中:n为达到冻结厚度(边界温度为0℃)的天数,d;Lw为施工组织确定的冻结帷幕中心至边界的厚度(边界温度为0℃),mm;V1为冻结平均发展速度V的参考值,mm/d。3)根据泄压数据定性分析。      在积极冻结一段时间后(一般约20d),卸压孔压力明显上升,若泄压后压力再升高,说明冻结帷幕已经交圈封闭。本工程冻结管最大孔间距1106mm(L=553mm),2004年1月30日泄压表指示压力明显上升(D=22d),用参考值推算:L=27.6mm/d×22d=607mm,其值>553mm     可得出各冻结管外的冻土已叠合的结论。4)用冻结帷幕平均温度复核。     冻结帷幕土体平均温度计算公式     式中:tc为帷幕冻结壁有效厚度的平均温度;tn为盐水温度,取-31℃;L为冻结孔间距,取0.85m;E为冻结壁厚度,取1.9m;TB为边界温度,取-4℃。     将以上数据代入式(3):tc=-10.21℃     从计算可知,冻结帷幕土体平均温度低于施工组织设计的-10℃要求。3.5坑道开挖控制      土方暗挖作业必须24h连续有序进行,随时观察冻土结霜情况。对任何水迹、土色改变、土体硬度异常、冻结壁位移异常和尺寸丈量异常等情况均要及时分析,找出原因。钢结构支护按步距及时支撑牢固。3.6防止过分冻结     土体过分冻结使冻结区扩大,隧道所受膨胀应力剧增。轻则增加后期融沉,重则引起隧道管片应力破坏。确定冻结帷幕达到要求后应调整制冷,进行维持性冷冻,以防止土体过分冻结。3.7实时监测     在联络通道两侧20m范围内,对隧道内的水平及垂直方向的收敛变形、沉降变形、防水渗漏和地表沉降沉降进行监测。     地表沉降日变量报警值(±10mm)和累计变量报警值(+10、-30mm)的设立,应考虑盾构推进已对地表造成的沉降量。     设立隧道内沉降监测日变量报警值(±3mm)、累计变量报警值(±10mm)和收敛累计报警值(±10mm)。      监测频率设为:钻孔、冻结期间1次/d;开挖、混凝土浇筑期间2次/d;施工结束至稳定期1次/5d。遇特殊情况应增加监测次数。中~元区间联络通道施工方案 编制：复核：审批：中铁三局南京地铁二号线TA04标项目部2007年6月11日'